1.5　水文地質學的發展歷程

水文地質學的發展歷程大體可以劃分為萌芽、奠基和發展三個階段。

1.萌芽時期（遠古至1855年）

人類早在遠古時代就已打井取水。中國已知最古老的水井是距今約5700年前的浙江余姚河姆渡古文化遺址水井。古波斯時期在德黑蘭附近修建了坎兒井，最長達26km，最深達150m。約公元前250年，在中國四川，為開采地下鹵水開鑿了深達百米以上的自流井。中國漢代鑿的龍首渠是一種井、渠結合的取水建筑物。在利用井泉的過程中，人們也探索了地下水的來源。法國帕利西、中國徐光啟和法國馬略特先后指出了井泉水來源于大氣降水或河水入滲。馬略特還提出了含水層與隔水層的概念。

16世紀以前，人類對地下水現象只限于直接觀察和推測。柏拉圖推測，地下有個巨大的洞穴，其中的水是河流的源頭。中國唐代柳宗元在《天對》中記敘了地下水在巖土空隙中的存在、入滲、蒸發和流動等現象。

2.奠基時期（1856—1945年）

從17世紀到20世紀初，科學家們通過觀察、實驗和分析，提出了一系列關于地下水形成和運動的重要概念、定律和方法。法國科學家佩羅（Perrault Pierre，1608—1680）研究了地下水的毛細管上升現象。1856年，法國工程師達西（Henry Darcy，1803—1858）通過室內控制性實驗建立了地下水滲流的基本定律，奠定了地下水運動的理論基礎。1863年，法國學者裘布依（Arsene Dupuit，1804—1866）根據實際的潛水面坡度很小的事實，做了一些簡化和假定，運用達西定律導出了地下水的井流公式。1870年，德國人蒂姆（G.Thiem）改進了裘布依公式，從而可用穩定流抽水試驗來計算滲透系數等參數。1885年，英國的張伯倫確定了自流井出現的地質條件。奧地利人福希海默（P.Forchheimer，1852—1933）在1885年制出了流網圖并開始應用映射法。這些工作為水文地質學發展奠定了基礎。

19世紀末20世紀初，對地下水起源又提出了一些新學說。1902年，奧地利人修斯（Eduard Suess，1831—1914）提出了初生說。1908年，美國萊恩、戈登和俄國安德魯索夫分別提出在自然界中存在與沉積巖同時生成的沉積水。1912年，德國凱爾哈克提出地下水和泉的分類，總結了地下水的埋藏特征和排泄條件。

1928年，美國學者邁因策爾論述了承壓含水層的可壓縮性和彈性，為地下水非穩定理論的建立準備了比較豐富的實踐基礎。由于預測地下水運動過程的需要，促進了水文地質模擬技術的發展。20世紀30年代開展了實驗室物理模擬。1935年，美國人泰斯（Charles Vernon Theis，1900—1987）利用地下水非穩定流動和熱傳導之間的相似性，導出了著名的泰斯公式，把地下水定量計算推進到了一個新階段。1937年，美國學者馬斯克特（Muskat）在《均勻流體通過多孔介質的流動》一書中，用數學方法較系統地論述了地下水的運動。1930年，荷蘭水文工程師德赫萊用數學方法分析了地下水滲過弱透水層的越流現象。第二次世界大戰結束時，在地下水的賦存、運動、補給、排泄、起源以及化學成分變化、水量評價等方面，均有了較為系統的理論和研究方法，此時水文地質學已經發展成為一門成熟的學科了。

3.發展時期（1946年至今）

第二次世界大戰以后，合理開發、科學管理與保護地下水資源的迫切性和有關的環境問題，越來越引起人們的重視。

隨著生產力與科學技術的迅猛發展，人類對地下水的需求大為增加，世界各地都出現了地下水水位下降、地下水資源枯竭、地面沉降、海水與咸水入侵淡水含水層以及地下水污染等問題。這一階段正確地預測在人類活動干預下地下水的變化，從而正確地評價、開發、管理與保護地下水資源以及保護與地下水有關的生態環境成為當務之急。

隨著大規模開發利用地下水，某些水文地質過程開始受到人們的注意。20世紀40年代末發展起來的電網絡模擬，到50—60年代在解決水文地質問題中得到了應用。蘇聯奧弗琴尼科夫和美國的懷特在水文地球化學方面做出了許多貢獻。20世紀40—60年代，雅可布（Charles Edward Jacob，1914—1970）及漢圖什（M.S.Hantush）等研究了松散沉積物承壓含水層的越流現象，發現原先認為是不透水的“隔水層”，實際上是透水能力比較弱的透水層。含水層與其間的“隔水層”共同構成水力上相互聯系的系統——地下水含水系統。20世紀60年代以來，加拿大的托特（Tóth）提出了地下水流動系統理論，為水文地質學開拓了新的發展前景。貝爾（Jacob Bear）編著出版了《多孔介質流體力學》（1972年）和《地下水水力學》（1979年），極大地推動了水文地質計算理論發展。

由于電子計算機技術的發展，20世紀70—80年代，地下水流數值模擬成為處理復雜水文地質問題的主要手段。同時，同位素方法在確定地下水平均儲留時間、追蹤地下水流動等研究中得到應用。遙感技術及數學地質方法也被用于解決水文地質問題。對于地下水中污染物的運移和開采地下水引起的環境變化，引起廣泛重視。

進入20世紀90年代以來，一些先進的方法和模擬技術得到廣泛開發與應用。從地下水模擬軟件ModFlow的誕生，到目前廣泛應用的地下水模擬系統（Groundwater Modeling System，GMS），充分顯示了現代計算機技術在地下水研究中劃時代的進展。水文地質學在不斷的發展中逐步形成完善、獨立的學科體系，發展過程中的主要成果見表1.1。